Crean el quinto estado de la materia en el espacio
La Estación Espacial Internacional (ISS), el sofisticado laboratorio que orbita a 400 km de altitud sobre la Tierra, alberga desde hace dos años un experimento del tamaño de un congelador llamado Cold Atom Lab (CAL). La instalación tiene un aspecto obsoleto comparada con el último modelo de frigorífico que podemos tener en casa, pero es extraordinaria. Puede enfriar átomos en el vacío a temperaturas una diez mil millonésima de grado por encima del cero absoluto -la mínima temperatura posible (−273,15 °C)-, lo que lo convierte en uno de los lugares más fríos del universo. Ahora, segun anuncian en la revista «Nature», los científicos lo han utilizado para lograr, por vez primera, la generación en el espacio de un extraño estado de la materia que no existe en la naturaleza.
Se trata de un condensado de Bose-Einstein (BEC), conocido como el quinto estado de la materia. Lo forman nubes de gas compuestas por múltiples átomos que se comportan como si fueran uno solo, se «sincronizan» en una onda y comparten sus propiedades cuánticas. Estos condensados fueron predichos por primera vez por Albert Einstein y Satyendra Nath Bose hace más de 95 años, pero los científicos los observaron por primera vez en laboratorio hace solo 25 años. Desde entonces, se han convertido en una herramienta clave en el estudio de la física cuántica, y son rutinariamente producidos en cientos de laboratorios alrededor el mundo. Si embargo, nunca hasta ahora se habían conseguido en el espacio.
Ventajas de la microgravedad
La generación de un BEC de rubidio y potasio a bordo de la estación espacial es un gran logro tecnológico, pero no solo eso. La condición de microgravedad perpetua ofrece nuevos y mejores métodos para probar este tipo de objetos y medirlos con más precisión que en la Tierra.
Los átomos de rubidio y potasio se inyectan en la cámara ultra fría para reducir su velocidad. Después se crea una trampa magnética que, junto a otras herramientas, consigue que los átomos formen una nube densa. En este punto, los átomos «se confunden entre sí», explica a MIT Techonology Review David Aveline, físico del Laboratorio de Propulsión a Reacción (JPL) de la NASA y autor principal del estudio.
Cuando la nube de átomos es liberada en la trampa magnética se expande, lo que los enfría aún más. El problema es que si se separan demasiado, ya no se comportan como un condensado. La gravedad terrestre puede distorsionarlo o arruinarlo por completo. Pero en microgravedad, los átomos se mantienen unidos aunque aumente el volumen de la trampa. Eso permite que el condensado dure más tiempo, más allá de un segundo en comparación con las decenas de milisegundos que se pueden lograr en la Tierra. Esto es fundamental, ya que un tiempo de observación más largo se traduce en una mayor precisión alcanzable en las mediciones. Además, en condiciones de microgravedad, los átomos pueden quedar atrapados por fuerzas más débiles, lo que permite alcanzar temperaturas más bajas, en las que los efectos cuánticos exóticos se vuelven cada vez más prominentes.
Ondas gravitacionales
«La exitosa generación de condensados de Bose-Einstein en órbita revela nuevas oportunidades para la investigación de gases cuánticos, así como para la interferometría atómica, y allana el camino para misiones aún más ambiciosas», afirma Maike Lachmann, del Instituto de Óptica Cuántica de la Universidad de Leibniz en Hannover (Alemania), en un artículo adjunto al estudio.
La observación directa de estos comportamientos atómicos únicos ayudará a responder preguntas sobre cómo funciona nuestro mundo en las escalas más pequeñas. Además, el experimento CAL podría algún día permitir que los BEC formen la base de instrumentos ultrasensibles que detectan señales débiles de algunos de los fenómenos más misteriosos del universo, como las ondas gravitacionales y la energía oscura. También podría allanar el camino para mejores sensores de inercia, desde acelerómetros y sismómetros hasta giroscopios. (ABC)
